| 官能化离子液体的合成、表征及在清洁能源中的应用研究 | |
| 梁卫东 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 王爱勤 ; 杨立明 |
| 2012-05-19 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | 环境材料与生态化学研究发展中心 |
| Degree Discipline | 物理化学（含：化学物理） |
| Keyword | 功能化离子液体 密度泛函 质子交换膜 氧化脱硫 合成表征 Functionalized Ionic Liquids Density Function Theory Proton Exchange Membrane Oxidative Desulfurization Synthesis And Characterization |
| Abstract | 离子液体独特的物理化学性质和特有的功能使得其应用领域不断扩大， 诱人的工业应用前景更成为其发展的强大推动力。但是，目前人们对于离子液体结构和性能的认识在很大程度上还局限于经验常识， 有关离子液体的基本理论体系尚未形成，一些实验事实尚不能得到合理解释，没有完全找到离子液体性质随结构变化的规律，所以尚未完全能对离子液体进行“设计”，这也使得对离子液体的进一步开发和应用受到很大的限制，还有许多问题需要进一步研究。 (1) 通过两步法合成了一系列不同阴离子的新型季铵盐离子液体，经红外光谱、核磁共振、电喷雾质谱及元素分析表明，中间体及季铵盐离子液体的化学结构与理论结构具有很好的一致性，且纯度较高。对比研究季铵盐离子液体的物理性质发现，不同阴离子的离子液体表现出不同的物理性质。阴离子为 HSO4–的季铵盐离子液体具有较好的热稳定性， 阴离子为 H2PO4–的季铵盐离子液体热稳定性较差。 (2) 应用密度泛函理论(DFT) 在基组 B3LYP/6-31++G(d,p) 水平上，较系统地研究了酰胺型和醇胺型离子液体的微观结构。由于阴阳离子之间的相互作用，酰胺型离子液体中存在 N–H…O 氢键和 O–H…O 氢键，所以酰胺型离子液体稳定性较好，但是酰胺 N 上氢键的生成导致离子液体粘度增大；亲水的BF4– 阴离子和 H2O 可以形成 BF4–…H2O…BF4– 和 H2O…BF4–…H2O 结构的氢键作用；阳离子和H2O之间的氢键比阴离子与 H2O形成的氢键键能略小。 采用 B3LYP 的计算方法, 在 B3LYP/6-31++G(d,p) 基组下，以 DMF、乙醇胺分别与硫酸反应合成的离子液体为例， 对酰胺和醇胺两类胺型离子液体合成反应的微观机理进行理论计算。并在 6-31++G(d,p) 基组水平进一步用单双三组态相互作用(QCISD) 方法在 B3LYP 优化构型的基础上进行单点能校正。结果表明，反应为分子间的 H 迁移机理，路径为 R→IM→TS→P。酰胺型离子液体的合成反应比醇胺型离子液体的合成反应易于进行，产物也更稳定。 (3) 设计并合成了 4 个不同阴离子的苯并咪唑型离子液体以及 16 个氰基化的酸性离子液体。苯并咪唑型离子液体熔点、粘度较高，与极性化合物溶解性较好。氰基化酸性离子液体的热分解温度(200~260 ℃) 比咪唑型离子液体低，当阳离子咪唑环上引入不饱和侧链时稳定性提高。 (4) 兼有萃取和相转移催化性能的乙酸型离子液体显示出较高的氧化脱硫性能，含有 8 个 C原子侧链的[otbim]+CH3COO–脱硫效率可达 87.5%，同时探讨了脱硫机理。 (5) 经溶液浇铸法分别以质量分数为 30%、40%、50%、60%、70% 的离子液体[cebzim]HSO4 与 PVA 制得质子交换膜。随着离子液体含量的增加，[cebzim]HSO4/PVA复合膜的吸水率、溶胀率及电导率均增加。 本文研究面向功能型离子液体的开发，探索合成了一系列新型离子液体，充实了离子液体的物化性质数据，从理论上对胺型离子液体的性质进行了解释。同时探索了离子液体在燃油氧化脱硫、质子交换膜制备等清洁能源生产中的应用，研究数据可为石油化工等领域应用合适的离子液体提供选择依据 |
| Funding Project | 功能复合材料组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/2874 |
| Collection | 环境材料与生态化学研究发展中心 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 梁卫东. 官能化离子液体的合成、表征及在清洁能源中的应用研究[D]. 中国科学院研究生院,2012. |
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| 201204梁卫东.pdf（3215KB） | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | |||
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